PL110833B2 - Fibrous carbon-metal materials and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

Opis patentowy Wielkiej Brytani i* nr 1302331 natomiast dotyczy czesci metalowych wzmocnionych wlóknami weglowymi powlekanymi galwanicznie lub w wyniku reakcji chemicznej w fazie gazowej niklem o grubosci warstwy 0,1-1 /im. Pokryte niklem wlókna weglowe nastepnie pokrywa sie stopionym metalem jak np. miedzia lub aluminium. W opisie patentowym Wielkiej Brytanii 1358869 podano opis ciala weglowego zlozonego z odpowiednio ulozonych i sprasowanych wlókien weglowych, lepiszcza wegIistego oraz dodatków jak bor, niob, krzem, tantal, tytan i inne. Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3622283 dotyczy kompozycji wlókien weglowych pokrytych metalicznym srodkiem opartym na cynie laczacym wlókna najlepiej w ukladzie równoleglym.Nowoscia natomiast, zgodnie z wynalazkiem, sa materialy wlókniste — tkanina, dzianina, wlóknina, przedza i kabel w takiej kompozycji ze tworza z metalem jednorodne tworzywo. Znane sposoby wytwarzania wlókien weglowo-metalowych polegaja na galwanicznym pokrywaniu wlókien jak w opisie patentowym Wielkej Brytanii nr 1375542, miedzia, cyna, olowiem lub ich stopami badz nasycaniu stopionymi metalami i ich stopami jak w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3770488 lub rozkladzie wprowadzonych zwiazków metalo-organicznych jak w opisie patentowym Wielkiej Brytanii nr 1255658 i opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki 3061465.POLSKA RZECZPOSPOLITA LUDOWA .jSl.U R Z 4 D PATENTOWY PRL OPIS PATENTOWY PATENTU TYMCZASOWEGO Patent tymczasowy dodatkowy do patentu Zgloszono: 25.08.77 (P. 200486) Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 03.07.78 Opis patentowy opublikowano: 31.07.19812 110933 Galwanizowany sposób pokrywania nie nadaje sie do wyrobów o niskim stopniu karbonizacji badz o niskiej przewodnosci elektrycznej, dlatego tez stosowany jest tylko dla wlókien ciaglych posiadajacych dobra przewodnosc wzdluz osi.Sposób polegajacy na nasycaniu wymaga bardzo skomplikowanej aparatury prózniowo-cisnieniowej, pracujacej równoczesnie w warunkach wysokiej temperatury (topielnik stopu lub metalu) i wysokiego cisnienia.Natomiast metoda zakladajaca wprowadzenie zwiazków metalo-organicznych ogranicza sie do nielicznych metali jak Al i Zr tworzacych zwiazki ulegajace rozkladowi podczas karbonizacji.Stosowane metody chemiczne przewiduja przeprowadzenie odpowiedniej obróbki aktywacyjnej. Znane z kolei metody przygotowania podloza do metalizacji chemicznej zakladaja stosowanie obróbki uczulajacej i aktywujacej z zastosowaniem drogich i deficytowych metali szlachetnych, np. palladu, zlota i .platyny, ewentu¬ alnie ich kompozycji. Metale te spelniaja niepdzowna funkcje katalizatorów obnizajacych energie aktywacji przy wydzielaniu sie powloki metalicznej.Znane jest z artykulu „Badanie wplywu podwyzszonych temperatur na wlasnosci wlókien weglowych z powlokami metalicznymi" przedstawionego w publikacji — Fizika i chemija obrabotki materialów — Nr 6/77 ze osadzanie, na wlóknach metalu pochodzacego z roztworu soli, zachodzi, jedynie w przypadku kiedy podloze dziala jak katalizator powstawania jonów metalu. Dla nadania powierzchni wlókien wlasnosci katalitycznych nalezy je poddac obróbce, która polega na utlenieniu 65% roztworem HNO3, sensybilizacji (SnCI2 -37 g/l, HCI - 40 g/l/ oraz aktywacji (PdCI2 - 0,05 g/l, HCI - 10 g/l).Ponadto wlókna weglowe mozna modyfikowac - na sucho obróbka gazowa, przy której zwykle konieczne sa wysokie temperatury — opis patentowy Wielkiej Brytanii nr 1343773, opis patentowy japonski nr 24976. Do obróbki gazowej stosuje sie zwykle gazy aktywne badz tez gazy obojetne z dodatkiem gazu aktywnego.Inna grupa metod obróbki powierzchniowej wlókien weglowych jest obróbka elektrochemiczna, gdzie glównym kierunkiem jest elektroliza z udzialem wlókien weglowych zastosowanych jako anoda. Jako roztwory elektrolityczne stosuje sie fluorki, fosforany, NaOH, H2S04 i inne — opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki Nr 3671411, opis patentowy Wielkiej Brytanii Nr 1326736.Wedlug wynalazku wlókniste materialy weglowo-metalowe stanowia kompozycje skladajaca sie z tkaniny albo dzianiny albo wlókniny albo przedzy, albo kabla i metalu, przy czym grubosc powloki metalicznej jest mniejsza od promienia wlókien elementarnych a zawartosc metalu kompozycji jest nie mniejsza niz 3% wagowych.Sposób wytwarzania wlóknistych materialów weglowo-metalowych metoda chemiczna wedlug wynalazku obejmuje wstepna obróbke aktywacyjna i nastepnie bezpradowa redukcje jonów metalu w srodowisku wodnym.Jako wstepna obróbke aktywacyjna stosuje sie krótko-trwale polaryzacje: anodowa i katodowa pradem jednokierunkowym lub niesymetrycznym. Najefektywniejsze wyniki osiaga sie przy stosowaniu gestosci prado¬ wych nie wiekszych niz 100 mA/cm2. W wyniku polaryzacji anodowej wyrób weglowy poczatkowo hydrofobo¬ wy, a wiec nie zwilzajacy sie roztworami wodnymi nabiera cech hydrofilowych co umozliwia dobra penetracje roztworów wodnych w glab wyrobu. Polaryzacja katodowa wytwarza na powierzchni wlókien elementarnych centra aktywne umozliwiajace wydzielanie sie metalu w srodowisku zawierajacym reduktory.Wlókniste materialy weglowo-metalowe otrzymane zgodnie z wynalazkiem, w stosunku do wyjsciowych wlóknistych materialów weglowych odznaczaja sie 4—5 krotnie wyzsza wytrzymaloscia i odpornoscia na scieranie oraz podwyzszona do okolo 400°C temperatura poczatku utleniania.Proces metalizacji zgodnie z wynalazkiem jest przewidziany zwlaszcza dla pokrywania metalami zle zwilzajacymi wegiel jak Cu, Ni, Co, Cr oraz kompozycjami tych metali.Sposobem wedlug wynalazku mozna wytwarzac wyroby o dowolnym stopniu karbonizacji poczawszy od temperatury obróbki termicznej — 600°C.Wyroby po metalizacji moga stanowic materialy do bezposrednich zastosowan zaleznie od rodzaju metalu —jako przewodniki elektryczne, kontakty wysokotemperaturowe, elektrody i plyty w akumulatorach i ogniwach. Ponadto wlókniste materialy weglowo — metalowe moga byc pólproduktami do otrzymywania litych kompozycji.Przyklad I Wlóknine weglowa uzyskana przez karbonizacje wlókniny poliakrylowej polaryzuje sie anodowo w 1,5 n roztworze weglanu potasowego, stosujac obciazenie pradowe 15 mA/cm2 przez 30 sekund, a nastepnie polaryzuje katodowo w tym samym roztworze stosujac obciazenie 25 mA/cm2 przez czas 60 sekund.Wyroób wprowadza sie do kapieli metalizujacej zawierajacej 30 g/l CuC03 • Cu(OH)2, 100 g/l winianu sodowo-potasowego, 50 g/l KOH i 25 g/l 40% formaliny. Czas przebywania w kapieli metalizujacej wynosi 15 minut, a temperatura procesu 28°C.110833 3 Przyklad II. Tkanine weglowa o splocie diagonalnym, uzyskana przez karbonizacje utlenionej tkaniny z wlókien poliakrylowych polaryzuje sie anodowo w roztworze 0,2 n kwasu siarkowego pradem o gestosci 35 mA/cm2 przez czas 30 sekund, a nastepnie katodowo pradem o gestosci 10 mA/cm2 przez czas 45 sekund w roztworze wodnym, zawierajacym 6 g/l podfosforynu sodowego. Tkanine po spolaryzowaniu katodowym wprowadza sie do roztworu metalizujacego zawierajacego 15 g/l kwasnego szczawianu sodowego i 20 g/l podfosforynu sodowego. Po kontakcie z roztworem metalizujacym przez czas 10 minut w temperaturze 85°C uzyskuje sie wyrób metalizowany o grubosci pokrycia wlókien elementarnych 5 mikrometrów. PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Wlókniste matrialy weglowo-metalowe, znamien e ty m, ze stanowia kompozycje skladajaca sie z tkaniny, albo dzianiny albo wlókniny, albo przedzy, albo kabla i metalu, przy czym grubosc powloki metalicznej jest mniejsza od promienia wlókien elementarnych a zawartosc metalu w kompozycji jest nie mniejsza niz 3% wagowych.
2. 2. Sposób wytwarzania wlóknistych materialów weglowo-metalowych obejmujacy wstepna obróbke aktywacyjna i bezpradowa redukcje jonów metalu w srodowisku wodnym, znamienny tym, ze jako wstepna obróbke aktywacyjna stosuje sie krótkotrwale polaryzacje anodowa i katodowa pradem jednokierunko¬ wym lub niesymetrycznym.
3. 3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze stosuje sie gestosci pradowe nie wieksze niz 100 mA/cm2. PL